Вычислительное устройство Советский патент 1980 года по МПК G06G7/12 

(54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

I . Изобретение относится к аналогово и комбинированной вычислительной тех нике, а именно к устройствам, позволяющим вырабатывать широтно-модулированный сигнал (ШИМ-сигнал) с относительной длительностью е 1п(и, /Uj) где и и Uj входные напряжения постоянного тока, и может найти применение в информационно-вычислительных и управлякяцих системах, обрабатывающих широтно-импульсную информацию, а также в ряде других систем. Известно вычислительное устройство, содержащее yпpaвляe шe переключа тели, генератор экспоненциального на п зяжения на основе RC-цепи, генерато тактовых импульсов и компаратор. Пер вая входная клемма устройства через переключатель соединена с первым зажимом конденсатора, второй зажим которого подключен к общей точке схемы первый зажим конденсатора через второй переключатель соединен с первым входом -компаратора непосредственно и через резистор с общей точкой схемы; второй вход компаратора соединен со второй входной клеммой устройства, выход компаратора подключен к выходной клемме устройства t lОднако это устройство обладает невысокой точностью преобразования вследствие зависимости функциональной характеристики устройства от нестабильной при изменении температуры и во времени емкости конденсатора, входящего в состав RC-генератора экспоненциального напряжения. Преобразователь отличается также низкой помехоустойчивостью вследствие формирования выходного временного интервала как результата однократного сравне- ВИЯ экспоненциального и входного напряжений на периоде повторения первого. Кроме того, он не обеспечивает следящий режим преобразования, позволякялий уменьшить время реакции устройства на малые изменения входных напряжений. Изрестно устройство, обладающее более высокой помехоустойчивостью и следящим режимом преобразования, которое содержит генератор тактирующих импульсов генераторы экспоненциально и линейно изменяющихся напряжений, два компаратора, элемент совпадения и блок уравновешиванич. Входы синхронизации генераторов экспоненциально и линейно изменяющихся напряжений подключены к выходу генератора тактирующих импульсов, первый вход первого компаратора соединен с выходом генератора эк-споненциально изменяющегося напряжения, второй вход Ьоединон с входной клеммой устройству первый вход второго компаратора соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, второй его вход подключен к выходу блока уравновешивания, объединенному с выходной клеммой устройства. Выходы компараторов подключены к входам элемента совпадения, выход которого соединен с входом блока уравновешивания 2. Однако устройство также отличается невысокой точностью преобразования. напряжения во временной интервал изза наличия в его составе генераторов экспоненциально и линейно изменяющихся напряжений. Наиболее близким по те :нической сущности к изобретению является устройство, осуществляющее нелинейное преобразование результата множительно-делительной операции, содержащее уравновешенный мост, в первое, второе и третье плечи которого включены первый, второй и третий резисторы, а в четвертое плечо - последовательно соединенные первый импульсно-управляемы и четвертый резисторы, общий вывод которых через первый сглаживающий кон денсатор подключен к шине нулевого потенциала, второй импульсно-управляемый резистор, источник первого входного напряжения постоянного тока, включенный в одну диагональ уравновешенного моста, дифференциальный уси литель , включенный входами во вторую диагональ уравновешенного моста, причем инвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к первому импульсно-управляеммому резистору и через второй сглаживающий конденсатор к шине нулевого потенциала,.широт но-импульсный модулятор, вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя, а выход подключен к выходу устройства и к управляющим входам первого и второго импульсноуправляемых резисторов з. Недостатками известного устройств являются невозможность получения лога рифме1 частного от деления напряжений постоянного тока, а также невысокая точность. Цель изобретения - повышение точности устройства и расширение класса .решаемых задач за счет получения час ного от деления входных сигналов в логарифмической форме. Поставленная цель достигается тем что в первое плечо моста последовате но с. первым резистором включен исто ник второго входного напряжения постоянного тока, выход которого подключен к первому выводу второго импульсно-управляемого резистора, второй вывод которого подключен к общем выводу первого импульсно-управляемогр и четвертого резисторов. На чертеже приведена функциональная схема вычислительного устройства Устройство содержит уравновешенный мост, в первое плечо которого включены последовательно соединенные источник 1 входного напряжения и резистор 2, во второе - резистор 3 , в третье - резистор 4, в четвертое цепочка из последовательно соединенных резистора 5 и импульсно-управляемого резистора 6, первый сглаживающий конденсатор 7, в одну диагональ уравновешенного моста включен источник 8 входного напряжения постоянного тока, дифференциальный усилитель 9, инвертирующий вход которого подключен через второй сглаживающий конденсатор 10 к шине нулевого потенциала, выход дифференциального усилителя 9 подключен ко входу широтно-импульсного модулятора 11, выход которого подключен к выходу устройства и к управляющим входам им пульсно-управляе1-.1ых резисторов б и 12. Устройство работает следующим образом. Известно, что для экспоненциальной функции Z (1) праведливо дробно-рациональное прилиж ниеxV-bx-vn Z--FWХ.6х-И2 с приведенной погрешностью, не превышающей 0,15% при . Решение уравнения (2) относительно х дает иррациональное приближение к логарифмической функции X -Int f(Z), (3) где F - функция, обратная функции р(2), В предлагаемом устройстве реализован/э реше.ние уравнения + n а .,, U.-KUgQi fe Mg Jzg относительно переменной © методом подбора корня с помощью отрицательной обратной связи, что при X в эквивалентно решению уравнения (3) относительно математической переменной X. В установившемся режиме, когда имеет место баланс мостовой схем{л, потенциалы узловых точек Б и В равны между собой (при идеальном операционном усилителе) UB UB(5) G Здесь Ug-Uj ( и о-г- -идое При этом - U GS J-I- B GQ где Gji G, G, Gj проводимостирезисторов 2, 3, 4 и 5 соответственно ; проводимость постоянного резистора, входящего в состав им пульс но-управл я емого резистора} Изуравнений (5)-(i непосредственно следует 2. г Ог 1 ri , У Р У+ Si4 ,, L G G е,4 J о G ® G Если назначить параметры элементов схемы по соотношениям Qg &2 Q, ±-л ---}. Г, G G то получим из (9) Tpeej eMoe моделирующее выражение (4) при К 1/4. Баланс мостовой схемы обеспечивается использованием отрицательной об ратной связи, реализуемой с помощью дифференциального усилителя 9, широтно-импульсного модулятора 11 и им пульсно-управляемых резисторов б, 12 Дифференциальный усилитель 9 вьщеляет и усиливает разность потенциалов узловых точек Б и В; его выходное на пряжение с помощью широтно-импульсно го модулятора 11 преобразуется в ШИМ сигнал с относительной длительностью который, поступая на управляющие вхо ды чмпульсно-управляемых резисторов 12, изменяет средние значения их про водимостей, что и обеспечивает автобаланс моста. Сглаживающие конденсаторы 10, 11 предназначены для развяз ки постоянных и импульсно-управляемы резисторов между собой по переменном току, что обеспечивает пропорциональ ность среднего значейия проводимости импульсно-управляемого резистора относительной длительности управляющег ШИМ-сигнала. Применение предлагаемого вычислительного устройства, обеспечивающего выполнение наряду с преобразованием формы представления информации логарифмирования отношения двух напряжений постоянного тока за счет структу рной характеристики устройства, позволяет получить более высокие метро логические характеристики устройств гибридной вычислительной техники, уменьшить число комплектующих изделий при одновременном улучшении на дежностных характеристик. Предлагаемое устройство монтируется с широким применением интегральных микросхем и нетребует высокой квалификации обслуживающего персонала при наладке и регулировке. Формула изобретения Вычислительное устройство, содержащее уравновешенный мост, в первое, второе и третье плечи которого включены первый, второй и третий резисторы, а в четвертое плечо - последовательно соединенные первый импульсноуправляемый и четвертый резисторы, общий вывод которых через первый сглаживающий конденсатор подключен к шине нулевого потенциала, второй импульсно-управляемый резистор, источйик первого входного напряжения постоянного тока, включенный в одну диагональ уравновешенного моста, дифференциальный усилитель, включенный входами во вторую диагональ уравновешенного моста, причем инвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к первому импульсно-упрадляемому резистору и через второй сглаживающий конденсатор к шине нулевого потенциала, широтно-импульсный модулятор, вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя, а выход подключен к выходу устройства и к управляющим входам первого и второго импульсно-управляемых резисторов, отличающееся .тем, что, с целью повышения точности и расширения класса решаемых задач за счет получения частного от деления входных сигналов в логарифмической форме, в первое плечо моста последовательно с первым резистором включен источник второго входного напряжения постоянного тока, выход которого подключен к первому выводу второго импульсно-управляемого резистора, второй вывод которого подключен к общему выводу первого импульсно-управляемого и четвертого. резисторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США W 3676661, кл. G 06 G 7/16, G 06 G 7/24, опублик. 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 511600, кл. G Об G 7/24, 1976. -3. Авторское свидетельство СССР № 579627, кл. G Об G 7/161, 1977 (прототип).